风力发电齿轮箱生产工艺技术研究

风力发电齿轮箱生产工艺技术研究【摘要】随着地球上资源的不断消耗，现在的能源问题越发突出。新能源、清洁能源变成了人们关注的焦点问题，风力发电作为清洁可再生能源的有效利用形式也被业内人员充分肯定，风力发电的相关技术得到了一定的发展。风力发电的齿轮箱作为轮机组的重要组成部分，在制造时候的材料要求和生产工艺要求都非常高，国内的齿轮箱在刚刚国产化不就，产品的质量相对国际先列产品还有一定差距。本文介绍的就是风力发电齿轮箱的生产工艺，希望我国国内的风力发电齿轮箱生产技术能够更快更好地发展下去。【关键词】风力发电、齿轮箱、生产工艺1、前言在21世纪，能源成了所有国家所共同关注的焦点话题。由于对化石能源的过分依赖和化石能源的储备不足，越来越多的能源研究人员将目光对准了新能源的开发和清洁能源的有效利用上。风能是一种清洁的、可再生的能源，近年来风力发电的项目在国际上都有较为重要的突破。我国的最初风力发电厂成立于上个世纪80年代，但是我国由于没有风力发电相关的主要硬件，所以大部分都依赖于进口。随着我国经济和社会的不断发展，本世纪国内对于风力发电的设备的研究逐渐取得成效，今天，我国已经掌握了兆瓦以下的风力发电增速箱的设计和制造技术，但是对于风力发电齿轮箱的制造技术还很缺乏，这是我国的风力发电国产化项目显而易见的薄弱环节。2、风力发电齿轮箱功能以及技术现状2.1齿轮箱的功能风力发电项目的关键在于风力发电机，风力发电机将空气动能也就是风能转化为电能供人类利用。最早的风能利用是一种叫做风力提水机的设备，在此基础上，风力发电的技术才得到了之后的发展。现在的风力发电技术已经结合了先进的计算机管理系统，使风力发电的安全性、效益都有了显著提升。总体来说，风力发电已经具有了与常规发电并网运行的资格，而且总能源清洁性和经济效益来讲都非常不错。常规的普通发电机组都需要达到一定的转速才能试运转发电，但是风力发电机的转速由于风力原因显然不高，所以风力发电机的风轮轴需要经过增速箱增速才能达到发电机的转速要求，而齿轮箱就是传递风轮动力并且使转速明显提升的关键设备。风轮的转速越低，齿轮箱的增速比要求也就越高，相应的复杂性、造价都会有很大的提升。所以齿轮箱是希望风轮的转速越高越好的。但是现在国际上风力发电的基本趋势是风轮为三叶片，而且叶越来越长，风轮的半径越来越大，这就要求了齿轮箱的技术越来越复杂与精密。2.2齿轮箱技术现状我国的风力发电机组的相关技术是从国外引进并发展的，但是从国外引进的相关技术中并没有风力发电齿轮箱的相关制造技术，所以我国的风力发电齿轮箱制造技术没有实际的技术借鉴，全靠研究人员按照电机组的技术规范自行研究和制造，所以齿轮箱制造技术不算很高。另一个尴尬的现实是，我国对风力发电的技术研究起步很晚，国内缺少对于风力发电技术特别精通的相关专业人才，相关的教育基础也比较低，种种原因都限制了我国的风力发电齿轮箱制造技术的快速发展。现在的齿轮箱产品离满足市场需求还有很长的路要走。3、齿轮箱生产工艺3.1齿轮箱生产的常见困难目前我国生产的齿轮箱大多数都会遇到相同的困难，这些常见的困难有：（1）轴承的使用寿命问题。齿轮箱的轴承属于高损耗的部件，国内生产的轴承大多数使用寿命低于平均水平，容易过早的疲损。（2）齿轮箱的设计计算方法拙计。国内的齿轮箱因为成本的考虑大多数使用直齿，而国外先进的生产厂家大多数使用斜齿，而且精度也足够。（3）齿轮的原材料问题。国内的材料质量稍逊于国外，而且仿制的齿轮箱在加工水平上也明显不如原厂。国内的实际情况也决定了从国外引进的技术并不是全部适合，因此齿轮箱的制造必须自主设计研发，包括材料、工艺等。3.2齿轮箱的生产工艺3.2.1部件。齿轮箱由多个部件构成，其中的一些关键部件严重影响齿轮箱的寿命和质量问题，在制造是应该给与一些部件重点关注。首先是齿轮。涉及齿轮的过程中要尤其注意减速传动和增速传动的差异，变位系数的选定必须考虑到降低滑差，然后参考实际需要设计齿向和齿廓。内齿圈轮缘厚度要3倍于模数，外齿轮以渗碳淬火配合磨齿，齿轮精度要求不低于6级。另外齿轮的计算问题要尤其重视，齿轮的疲劳强度要参考实际使用时候的载荷谱在经过详细的计算才能获得，齿轮的工作载荷很难确定，而且工作中的变化很多，致使计算工作很复杂。然后是轴承。和齿轮类似，因为风力工作环境的不确定性和载荷难以控制的问题，风力发电机轴承非常脆弱。这就要求了齿轮箱在设计的时候要注重轴承的类型选择以及润滑措施的制定，重点研究提升轴承的使用寿命。3.2.2工艺改进。传统的齿轮箱的制造工艺流程分为锻造、正火、高温回火、粗加工、去毛刺清洗、渗碳淬火、清理抛丸、磨齿、检验等步骤。这种传统的齿轮箱适合船舶等高安全系数的制造中，但是近些年在一些从国外引进的某些产品或者某些科技前沿的产品中使用时发现了容易失效的问题。而近些年出现了一些改进之后的工艺流程，改进后的工艺流程分为锻造、正火、高温回火、较高精度粗加工、去毛刺清洗、预热、重行奥氏体化渗碳淬火、清理抛丸、少余量缓进给磨齿、检验等步。这一工艺流程比较符合国产化的齿轮箱的制造现状，该工艺过程提高了粗加工精度，增加了渗碳前的预先热处理工艺，这是为了减少渗碳淬火过程的变形并减少磨削余量。磨削过程中了采用少余量缓进给磨削，使齿面保留较大的压应力状态并提高精度与粗糙度。采用重行奥氏体化渗碳淬火工艺能够提高齿轮的耐磨性和承载能力。3.2.3工艺参数设计。齿轮的承载能力非常重要，所以工艺参数要仔细选定。渗碳层的含碳量除只有存在严重的冲击载荷时才需要考虑低周疲劳问题。在渗碳工艺中经过对工厂成本和渗层内氧化现象的综合考虑之后，含碳量应该在0.77到1个百分点之间。表面碳浓度过高可能会导致表面出现大量碳化物和残余奥氏体的情况，但是低的含碳量却有可能造成贫碳的非马氏体组织，这两种情况都会降低齿轮的接触疲劳性能。接着，渗碳温度提高会使齿轮的加工时间变短，既提高生产的效率，也能有效降低成本，但是同时这也可能导致变形加大、渗层不均的问题；但是温度过低、保温时间长则会导致成本的提升。淬火温度的提高则会很明显的影响表面组织和芯部硬度。淬火温度和渗碳温度需要考虑具体的原材料性能来决定才能使效果达到最佳。总的来说，想要加速提升齿轮箱的生产工艺和质量，我们要做的不只是重视齿轮和轴承的设计、工艺参数的选择和工艺改进，还需要拥有完整的研究数据、专业的高素质人才、大型的测试和实验装置以及与市场的相互交流等等。所以说提升不是速成，我们还需要做出更多的努力，付出更多的汗水才能最终收获完整的先进齿轮箱生产工艺。中国，加油！参考文献[1]李树吉，陈雷，杨树人.风力机齿轮箱的优化设计.广州：中国新能源期刊，2012.12[2]刘贤焕，叶仲和.大型风力发电机组用齿轮箱优化设计及方案分析.上海：机械设计与研究，2013年专刊[3]渡边哲雄[日].风力发电机变速箱轴承的高可靠性技术.国外轴承技术，2014.2